屬於中國人自己的全球衛星導航系統——「北斗」終於要來了!
就在11月5日晚上!19時45分，我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭，以「一箭雙星」方式成功發射第二十四、二十五顆北斗導航衛星，這也是我國首次發射的北斗三號組網衛星，正式開啟了北斗導航衛星系統的「全球組網」時代。
如今，首次發射的北斗三號衛星則是向全球提供服務。
一直以來，很多聲音都認為北斗能和美國的GPS一決高下，可也有一些人很認為，中國發展北斗導航畢竟時日尚短，怎麼能跟「資歷很深」的GPS相抗衡?
北斗真實實力究竟如何，是被過度高估了嗎?庫叔選取了前段時間發過的一篇舊文以饗讀者。
文| 毛新願 瞭望智庫特約科技觀察員
本文為瞭望智庫原創文章，如需轉載請在文前註明來源瞭望智庫(zhczyj)及作者信息，否則將嚴格追究法律責任。
1
有了GPS，為啥還要搞「北斗」?
GPS全稱為Global Positioning System，隸屬於美國空軍，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導航信息。
這個系統主要包含民碼和軍碼兩種信號，二者精密級別不在一個量級，前者是毫米級別，後者是分米級別。
GPS有多強大?
軍事方面：目前，美國幾乎所有的飛機、坦克、艦船、單兵、精確制飛彈藥都在使用GPS。
在戰場上，精確制導的重要性毋庸置疑。
最典型的應用是在1991年海灣戰爭時期，美國轟炸伊拉克水電站，至少需要數百噸常規彈藥，並且，轟炸機面臨著巨大的防空火力威脅。而基於GPS和圖像精確制導的飛彈，只需兩顆——一顆炸出缺口，第二顆沿著缺口飛進去，在百公里外發射便可自動飛向目標。
第二次海灣戰爭期間，甚至出現了飛彈順著新聞大樓通風口一直鑽下去的高精度襲擊場景。
此外，對於戰場指揮系統，特別是大空間跨度的指揮，極其精確的時間同步也是非常重要的，GPS都可以做。
民用方面：離開了GPS，手機不能導航，微信不能共享位置，各種地圖都不能用。。。。。。
離開了GPS，國家的電網都會沒那麼穩定。
離開了GPS，各大股票/大宗商品交易所的時間沒法精確同步(GPS可做到納秒級別授時)，為確保安全，金融效率會降低很多，還玩什麼高頻交易、超短線?
離開了GPS，科學界現在的大氣、重力場、地球磁場、地球板塊運動、地震及火山自然災害、地球洋流和海平面變化、冰川運動和融化等研究，就基本可以退回到20年前的狀態了，這些年上述領域的重大突破都和GPS有緊密關係。
離開了GPS，自動駕駛技術、精密農業、民航飛機高精度起飛降落自主導航，都是夢。
離開了GPS，超大工程定位，比如港珠澳大橋、高鐵、突破人類天際的各個中國大橋，就沒那麼多中國速度了，測量與校正就足夠折騰的。
。。。。。。
然而，這麼重要的GPS，極易被控制。
如果完全依賴GPS，美國加上了干擾，怎麼辦?或者，根本不讓你用了呢?還有更極端的，乾脆給你發送虛假的GPS信號呢(GPS的干擾、欺騙都容易實現)?
那麼，輕則汽車、輪船等走錯路，重則飛彈攻擊錯誤目標，打到自己也極有可能。
在美國GPS一家獨大之時，美國軍方在所有民用信號上放了干擾。後來俄羅斯格洛納斯(GLONASS)系統出現，美國為了應對競爭才取消了這個干擾(2000年5月2日)。從圖中可以看出，取消干擾後，民用信號的定位精度直接從百米級提高到了今天的米級。
曾經高度依賴美國GPS系統的印度也吃過大虧。
1999年，印巴卡吉爾(Kargil)戰爭期間，美國覺得不能讓印度太得瑟，就直接關閉了印巴戰區的所有GPS服務，導致印度的武器和士兵瞬間「失明」，遭受了巨大的損失。
後來，印度痛定思痛，放棄了自己原先開發的GPS增強系統及與GPS相關的衛星，自己做了一套區域性的導航系統。
2
大國重器，必須靠自己!
實際上，早在1970年，我國就提出了關於衛星導航技術的論證方案——「燈塔」項目，與美、蘇在同一時期，後來，因國內外形勢變化被迫下馬。
海灣戰爭給全世界「上了一課」，大家都深刻意識到衛星導航系統的巨大價值。
1993年7月23日，美國無中生有地指控中國「銀河」號貨輪將製造化學武器的原料運往伊朗。當時，「銀河」號正在印度洋上正常航行，突然船停了下來。事後大家才知道，這是因為當時美國局部關閉了該船所在海區的GPS導航服務，使得船不知道該向哪個方向行駛。
「銀河號事件」使我們清楚地意識到：衛星導航，我們一定要自己搞出來!
1994年，我國開始進行北斗一號的研製工作;
2000年，發射了兩顆靜止軌道衛星，實現了區域性(僅限於亞太地區)衛星導航;
2003年，又發射了一顆備份衛星，北斗一號正式完工，我國已經在軍事領域(戰術武器等)擺脫了對GPS的依賴。
按原計劃，我國只需研發出北斗一號應用於亞太地區即可，在全球性應用方面寄望於與歐盟計劃共同推出伽利略系統。
2000年，伽利略系統立項;
2003年，我國率先加入該項目，投資超過2億歐元，並迅速成立了中歐衛星導航技術培訓合作中心。
然而，造價僅僅相當於一個歐洲中型機場的伽利略系統(35億歐元)進展很不順利，歐盟麾下各國明爭暗鬥，導致這個項目被不斷推遲——計劃於2006年前後建成的系統至今仍未完成。中國雖然是投資方，卻被不斷排擠，歐盟很多核心技術的研究都把中國排除在外。
中國果斷決定：自己干!
2007年，中國開始正式建設自己的北斗衛星導航系統，也就是我們熟知的北斗二代。
到了2012年，我們已經發射了16顆衛星，完全覆蓋了亞太地區。
北斗二號的建設與運轉給我們積累了大量的技術和經驗，我們的目光已超越亞太地區、投向全世界任何一個地方。
於是，北斗三號正式開始建設。2015年，中國發射了北斗三號第一顆衛星，目前，進入建設高潮期。
現在，北斗已經成長為共計23顆的龐大衛星導航系統，在2020年，將有35顆衛星處於工作狀態，從而實現全球無差別的高精度定位。
2017年9月28日北斗可見衛星圖
3
中國北斗有兩大「絕活」
評價導航系統的主要指標主要有四項：
*軍用價值。導航系統最主要的目的是服務于軍事(美國GPS、我國北斗、俄羅斯格洛納斯均隸屬於軍方)。
*民用價值。民用是可以賺錢的，因此賺錢和商業化能力也是個極其重要的指標。
*實用性。全球性的一定比區域的好，1厘米精度的肯定比1米的好，能1分鐘定位的肯定比1小時的好，獨立的肯定比依賴其他衛星系統的好。
*穩定性。幾個系統處於競爭狀態，所以需要保持現有狀態穩定，頻繁發射衛星補充(畢竟都是幾十個大衛星的衛星星座)，而且由於競爭和需求必須更新換代。
按照這四個指標來看，美國的GPS導航系統仍然獨占鰲頭——GPS是已經發展了30多年的成熟系統，早就實現了全球覆蓋，衛星補充穩定，長期維持在32顆，並已經更新到第三代。
GPS系統星座動態圖
最重要的是，GPS幾乎壟斷了全世界民用導航市場，其商業價值遠遠超過軍方投資。後來者很難與其爭鋒。
我國的北斗衛星導航系統緊隨其後。
我國北斗星座
北斗有兩大「絕活」：
一是最複雜的星座系統。
不同於世界其他任何一個系統，北斗是唯一一個使用了地球靜止軌道(36000公里高)、地球傾斜同步軌道(36000公里高)和中軌軌道(20000+公里高)的衛星導航系統。GPS、格洛納斯、伽利略都是僅使用中軌軌道。
北斗使用了更加高軌的靜止和傾斜同步軌道，衛星軌道運轉周期為24小時，其信號會長期覆蓋指定區域，且衛星之間形成的數據通信鏈路也能校正誤差、進一步提高精度。
我國重點覆蓋的區域是亞太地區及「一帶一路」地區，系統建成後，這些地區均將獲得優於GPS系統的精準定位。
二是短報文系統。
其他所有定位系統只接收太空信號，不與通信衛星進行任何交流。而北斗的接收機可以和衛星進行交流，最典型的應用是可以發布140個字的短報文，就像現在人們平時用的「簡訊」，既能夠定位，又能顯示發布者的位置。
在海洋、沙漠和野外等沒有網絡的地方，安裝北斗系統終端的用可以定位自己的位置，並能夠向外界發布文字信息。該技術將被用於緊急救援、野外作業、海上作業系統。
更重要的是，北斗的短報文功能可以實現雙向通信，提供的指揮端機可進行一點對多點的廣播傳輸，為各種平台應用提供了極大便利，在國防、民生和應急救援等領域具有很強的應用價值。
特別是在災區，在通訊、電力中斷或移動通信無法覆蓋北斗終端的情況下，可以使用短報文進行通信。
2008年汶川地震時，進入重災區的救援部隊利用120字的短報文突破通信盲點、與外界取得聯繫，及時向指揮部彙報了災情。
而且，這個功能不但實用，而且成本很低，目前我國民用短報文大概幾毛錢一條。
由上可知，無論是軍用還是民用，北斗對我國意義重大，稱其為「國之重器」絲毫不為過。在技術上，它完全可以與新一代GPS媲美，之前有媒體報道過某博士破解了北斗信息，完全是謠言，因為「破解」的是民碼，而民碼本來就是要公開的(全世界各個系統都是如此)。
只是相比GPS，在商業化方面，北斗暫時很難從每年千億美元級別的GPS市場那裡「分一杯羹」。而且，北斗系統尚未完全建成，競爭力較為有限。
不過，2020年前後，北斗三期完全建成，巨大的國內市場和「一帶一路」國家的需求足以支撐北鬥成長為世界第二大系統。在未來，北斗還有很大上升空間。
4
俄歐印日的導航系統怎麼樣?
目前，世界上有四大全球導航系統、兩個區域性導航系統。除中美外，俄羅斯、歐盟、日本也在搞導航系統，它們水平怎麼樣呢?
俄羅斯的格洛納斯(GLONASS)系統
該系統自蘇聯時期開始建設，是唯一一個頻分多址的系統(不同於其他系統的碼分多址)。
這兩個的區別可以用一個例子形容：在一條狹窄的道路上(國際上頻段資源非常有限)，在運貨(導航信息)的過程中，你可以選擇用很多小車(多個頻率，俄羅斯方案)，也可以選擇用2輛(老版本GPS兩個頻率)大車，或3輛大車(伽利略、新GPS、北斗三個頻率)運輸，各有利弊。
格洛納斯GLONASS系統目前的星座
因為小車運輸，格洛納斯安全係數高，在抗干擾和欺騙等方面很強，同時兼容性較差、維護成本很高。
獨特的軌道設計使其在高緯度地區擁有很高的應用價值(畢竟考慮俄羅斯地理位置)，但是，高緯度地區人口太少，再加上俄羅斯一直以來跟歐美矛盾重重，格洛納斯很難擴大用戶，幾乎不具備商業化潛力。
蘇聯解體後，格洛納斯陷入絕境。普京的強力支持讓這個系統起死回生，但也僅讓其維持在理論上最少的24顆衛星。目前，格洛納斯系統是俄羅斯政府最大花費的單個項目，隨著俄羅斯經濟衰落，前景很不樂觀。
歐洲的伽利略(Galileo)系統
它曾經是北斗的「老師」，起步就三頻信號，只是被拖延了10年後才重新開始發射衛星，錯失了許多良機。現在，該系統有了18顆衛星，要陸續補到30顆才能覆蓋全球。
一直以來，歐洲在軍事上依賴於美國，而且蘇聯解體後，歐洲沒有了大規模正規軍入侵的威脅。所以伽利略系統在起步階段就定位為「民用」系統。歐洲真正看重的，是以定位導航為核心的巨大市場——在當時，全球的衛星導航所涉及、產生的經濟利潤，基本上全都被美國賺取了。
但是，它的商業化道路走得並不輕鬆。
「伽利略」計劃的推出，刺激了美國和俄羅斯加快技術更新，新一代GPS和新一代「格洛納斯」的定位精度等技術指標很快反超「伽利略」，「伽利略」逐漸喪失了技術相對領先的優勢。
而中國北斗二號的橫空出世，不僅使歐洲「伽利略」系統準備與美國GPS一爭高下的願望大打折扣，也沖淡了「伽利略」未來的市場前景。這已經跟它當初的目標相差太多。
伽利略系統星座
印度區域導航系統IRNSS
印度的區域導航系統僅能覆蓋印度及其附近
以前，印度有一個依賴於GPS的區域增強系統，上文提過，在印巴衝突期間，美國關掉了交戰雙方的GPS服務。印度後來自力更生，建成了一個獨立的區域增強系統IRNSS。覆蓋範圍僅限印度這一片，而且，最近幾顆衛星上的原子鐘接連出現故障，如果不快速發射衛星進行補充，很可能會導致任務失效。
日本的准天頂系統QZSS
日本的准天頂系統，是目前世界上最小的導航系統
這是一個依賴於GPS服務、加強GPS系統在日本地區應用的系統，發的信號都和GPS一樣。如果美國GPS關掉信號不讓它用，它就真不能用了。現在僅有3顆衛星為它服務。
從全球六大衛星導航系統來看，我國的北斗在技術方面不亞於美國GPS。雖然GPS很早便進入了市場、實現了壟斷，北斗的商業化推廣極難進行(沒有民用的盈利，光靠國家投資不是長久之計)，但我們還是要一步一步地走下去。